DE69004582T2 - Verfahren zur Herstellung von alpha-Hydroxycarbonsäure-Amid. - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von alpha-Hydroxycarbonsäure-Amid.

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DE69004582T2
DE69004582T2 DE90100707T DE69004582T DE69004582T2 DE 69004582 T2 DE69004582 T2 DE 69004582T2 DE 90100707 T DE90100707 T DE 90100707T DE 69004582 T DE69004582 T DE 69004582T DE 69004582 T2 DE69004582 T2 DE 69004582T2
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Hirofumi Higuchi
Hiroyuki Hirayama
Koichi Kida
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    • C07C231/06Preparation of carboxylic acid amides from nitriles by transformation of cyano groups into carboxamide groups
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Description

    Hintergrund der Erfindung 1. Anwendungsgebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines α-Hydroxycarbonsäureamids. Sie bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines α-Hydroxycarbonsäureamids durch eine Reaktion zur Hydratation von Cyanohydrin in flüssiger Phase.
  • α-Hydroxycarbonsäureamid wird zu einein Ausgangsmaterial für die Herstellungeines α,β-ungesättigten Carboxylats über ein α-Hydroxycarboxylat. Wenn α-Hydroxyisobutyramid als Ausgangsmaterial verwendet wird, kann insbesondere Methylmethacrylat über Methyl-α-hydroxyisobutyrat erhalten werden, das schließlich in Poly(methylmethacrylat) umgewandelt wird, das ausgezeichnete Harzeigenschaften aufweist und von großer industrieller Bedeutung und Verwendbarkeit ist.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Als Katalysator für eine Hydratationsreaktion von Cyanohydrin zur Herstellung des entsprechenden α-Hydroxycarbonsäureamids ist in dem deutschen Patent 2 131 813 Mangandioxid beschrieben. In dem US-Patent 4 018 829 ist außerdem ein Mangandioxid vom δ-Typ beschrieben, das als Katalysator für eine Hydratationsreaktion von Acetoncyanohydrin verwendet wird.
  • Ferner sind in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nr. 57 534/1988 und 57 535/1988 Verfahren zur Herstellung von Mangandioxid-Katalysatoren beschrieben, wobei Zink dem Mangandioxid einverleibt wird oder Kaliumpermanganat mit Chlorwasserstoffsäure reduziert wird. Wenn jedoch das nach den vor stehend beschriebenen Verfahren hergestellte Mangandioxid, so wie es vorliegt, in der Reaktion verwendet wird, treten die Probleme auf, daß die katalytische Aktivität unzureichend ist, so daß eine große Menge Katalysator verwendet werden muß, daß die Ausbeute an dem gewünschten Amid niedrig ist und daß die katalytische Aktivität innerhalb eines verhältnismäßig kurzen Zeitraums schnell abnimmt. Daher wird das obengenannte Mangandioxid in der Praxis bisher nicht eingesetzt.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, daß die Aktivität und die Lebensdauer (Gebrauchsdauer) eines Mangandioxid-Katalysators in enger Beziehung stehen zu den Mengen an Alkalimetall-Element und/oder Erdalkalimetall-Element, die in dem Katalysator gemeinsam vorliegen müssen, wenn α-Hydroxycarbonsäureamid aus Cyanohydrin hergestellt wird. Außerdem haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung gefunden, daß die Gebrauchsdauer (Lebensdauer) des Katalysators verbessert werden kann durch Einstellung der Wasserstoffionenkonzentration (pH- Wert) des Ausgangsmaterials für die Hydratationsreaktion. Auf diesen Erkenntnissen beruht die vorliegende Erfindung.
  • Zusammenfassung der Erfindung.
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur wirksamen Herstellung von α-Hydroxycarbonsäureamid aus Cyanohydrin zur Verfügung zu stellen.
  • Ein aderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur industriellen Herstellung von α-Hydroxycarbonsäureamid unter Verwendung eines Katalysators mit einer hohen Aktivität und einer langen Lebensdauer (Gebrauchsdauer) zu schaffen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft
  • ein Verfahren zur Herstellung von α-Hydroxycarbonsäureamid der Formel (I):
  • worin R¹ für ein Wasserstoffatom oder eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen und R² für eine aliphatische, alicyclische oder aromatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen stehen,
  • durch eine katalytische Reaktion zur Hydratation von Cyanohydrin der Formel (II) worin R¹ und R² die oben angegebenen Bedeutungen haben,
  • das darin besteht, daß man als Katalysator ein modifiziertes Mangandioxid verwendet, das mindestens ein Element, ausgewählt aus Alkalimetall-Elementen und Erdalkalimetallelementen, enthält.
  • Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend näher erläutert.
  • Das Cyanohydrin der Formel (II), das erfindungsgemäß verwendet werden soll, kann leicht hergestellt werden durch Umsetzung einer Oxoverbindung der Formel (III):
  • worin R¹ und R² die oben angegebenen Bedeutungen haben, mit Cyanwasserstoff in Gegenwart eines basischen Katalysators.
  • Der modifizierte Mangandioxid-Katalysator, der erfindungsgemäß verwendet werden soll, kann wie nachstehend angegeben hergestellt werden.
  • Es wurde bereits beschrieben, daß Mangandioxid bei der Hydratationsreaktion von Cyanohydrin verwendet wird, und es ist bekannt, daß Mangandioxid ein Manganoxid darstellt, das zwischen MnO1,7 und MnO&sub2; vorliegt und α-, β-, δ-, ε- Kristallstrukturen und dgl. aufweist. Außerdem kommt in dem Mangandioxid ein Übergang zwischen jeder Phase oder eine Änderung der Kristallinität vor, so daß seine Struktur sehr kompliziert und vielfältig ist. Obgleich Mangandioxid in der Natur vorkommt, sind Mangandioxide, die hergestellt werden durch Oxidieren von divalentem Mangan oder durch Reduzieren von heptavalentem Mangan als Katalysator geeignet. Unter ihnen ist Mangandioxid, das durch Reduzieren von heptavalentem Mangan hergestellt worden ist, bevorzugt, weil ein homogenes Material erhalten werden kann und weil sein Kristall-Typ, seine spezifische Oberflächengröße, die Arten und Mengen der Alkalimetall- und Erdalkalimetall-Elemente, die eingearbeitet werden sollen, leicht kontrolliert (gesteuert) werden können.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Mangandioxid-Katalysator handelt es sich um Mangandioxid, das ein Alkalimetall-Element und/oder ein Erdalkalimetall-Element, vorzugsweise in einer Menge von 0,05 bis 0,5 Atomen, bezogen auf das Mangan- Element, ausgedrückt als Atomverhältnis, enthält und eine große spezifische Oberfläche, eine geringe Kristallinität und einen amorphen oder nahezu amorphen Zustand aufweist.
  • Mangandioxid kann entweder unter sauren oder unter alkalischen Bedingungen hergestellt werden, saure Bedingungen sind jedoch bevorzugt. Wenn das Mangandioxid unter alkalischen Bedingungen hergestellt wird, ist es erwünscht, das Mangandioxid vor der Verwendung in der Hydratationsreaktion mit einer verdünnten Schwefelsäure zu waschen, um die Zersetzung von Cyanohydrin zu kontrollieren (zu steuern).
  • Wenn die Gehalte an einem Alkalimetallelement und/oder einein Erdalkalimetallelement in dem hergestellten Mangandioxid weniger als 0,05, ausgedrückt durch das obengenannte Atomverhältnis, betragen, wird das Mangandioxid in einer wäßrigen Lösung eines Alkalimetall-Elements und/oder Erdalkalimetall-Elements suspendiert und dann erhitzt. Durch diese Arbeitsweise wird ein Teil des Mangandioxids ausgetauscht gegen ein Ion eines Alkalimetall-Elements und/oder eines Erdalkalimetall-Elements unter Bildung eines modifizierten Mangandioxids, das die gewünschten Mengen an Alkalimetall-Element und/oder Erdalkalimetall-Element enthält.
  • Das Metallsalz eines Alkalimetalls und/oder Erdalkalimetalls, das für die Herstellung des Katalysators zugegeben werden soll, kann aus wasserlöslichen Salzen ausgewählt werden. Unter ihnen ist ein Sulfat oder ein Nitrat besonders bevorzugt.
  • Die wäßrige Lösung für den Ionenaustausch kann entweder sauer oder alkalisch sein. Wenn jedoch der Ionenaustausch unter alkalischen Bedingungen durchgeführt wird, wird das modifizierte Mangandioxid vorzugsweise mit einer verdünnten Schwefelsäure oder einer verdünnten Salpetersäure nachgewaschen. Außerdem sind die Arbeitsbedingungen beim Ionenaustausch Atmosphärendruck oder ein erhöhter Druck bei einer Temperatur von 30 bis 250ºC, vorzugsweise von 50 bis 200ºC.
  • Wenn die Temperatur unterhalb des obengenannten Bereiches liegt, ist der Wirkungsgrad des Ionenaustauschs gering. Wenn andererseits die Temperatur oberhalb des obengenannten Bereiches liegt, nimmt die spezifische Oberflächengröße des Mangandioxids in unerwünschter Weise ab.
  • Die obengenannte Wärmebehandlung ist auch wirksam zur Regenerierung eines Mangandioxid-Katalysators, der durch die Hydratationsreaktion von Cyanohydrin desaktiviert worden ist.
  • Erfindungsgemäß wird das wie oben hergestellte modifizierte Mangandioxid bei der Hydratationsreaktion von Cyanohydrin in Form eines Fixbett-Katalysators in Form von Tabletten oder in Form von Extrusionsformkörpern, oder als Aufschlämmungs-Katalysator in Form eines Pulvers in einem Batch-System oder Fließ-System verwendet.
  • Die Hydratationsreaktion, bei der der erfindungsgemäße modifizierte Mangandioxid-Katalysator verwendet wird, wird in der Regel in dem System mit Wasserüberschuß durchgeführt.
  • Das heißt, die Menge an Cyanohydrin in der Ausgangsmischung oder -lösung für die Hydratationsreaktion beträgt 10 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 50 Gew.-%. Außerdem wird dann, wenn die Oxoverbindung der Formel (III), die dem Cyanohydrin der Formel (II) entspricht, in einer Menge von 5 bis 30 Gew.-% in der Ausgangslösung vorliegt, die Zersetzungsreaktion des Cyanohydrins gehemmt (verhindert), wodurch die Ausbeute an α-Hydroxycarbonsäureamid ansteigt.
  • Die erfindungsgemäß zu verwendende Ausgangslösung kann wie nachstehend angegeben hergestellt werden.
  • Handelsübliches Cyanohydrin, wie z.B. Acetoncyanohydrin, wird mit einer Mineralsäure, wie Schwefelsäure oder Phosphorsäure, als Stabilisator versetzt und nach dem Mischen mit Wasser oder einem Keton, wie Aceton zur Herstellung einer Ausgangslösung nimmt der pH-Wert der Ausgangslösung den Wert 1 bis 3 an. In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine solche Ausgangslösung ohne jede Behandlung verwendet werden, es ist jedoch bevorzugt, sie zu verwenden nach der Einstellung des pH-Wertes auf den Bereich von 4 bis 8.
  • Zur Einstellung des pH-Wertes der Ausgangslösung auf den Wert von 4 bis 8 sollten die in Cyanohydrin enthaltenen sauren Substanzen entfernt werden. Zur Herstellung einer Ausgangslösung mit dem gewünschten pH-Wert werden die folgenden Verfahren durchgeführt:
  • Verfahren 1:
  • Ein Verfahren, bei dem die Ausgangslösung hergestellt wird durch Zugabe vorgegebener Mengen an Wasser und eines Ketons wie Aceton zu einem Cyanohydrin, aus dem die Mineralsäure durch Destillation entfernt worden ist;
  • Verfahren 2:
  • Ein Verfahren, bei dem die Ausgangslösung hergestellt wird durch Hindurchleiten einer rohen Ausgangslösung, die Cyanohydrin zusammen mit vorgegebenen Mengen an Wasser und Keton wie Aceton enthält, durch eine Filterschicht mit einem basischen Absorbens oder ein Anionenaustauscherharz zur Entfernung der Mineralsäure; und
  • Verfahren 3:
  • Ein Verfahren, bei dem die Ausgangslösung hergestellt wird durch Zugabe eines Alkali, wie Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid, zu einer rohen Ausgangslösung, die Cyanohydrin zusammen mit vorgegebenen Mengen an Wasser und Keton wie Aceton enthält, um die darin enthaltene Mineralsäure zu neutralisieren.
  • Die nach den obengenannten Verfahren erhaltene Ausgangslösung weist einen pH-Wert in dem Bereich von 4 bis 8 auf und das erfindungsgemäße Verfahren kann wirksam durchgeführt werden unter Verwendung derselben.
  • Zusätzlich zu den obengenannten Verfahren (2) und (3) kann die Ausgangslösung hergestellt werden, indem man vorher die Mineralsäuren nur aus Cyanohydrin entfernt und dann vorgegebene Mengen an Wasser und Keton wie Aceton zugibt.
  • Außerdem ist ein geeignetes Verfahren zur Herstellung der Ausgangslösung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, das folgende:
  • Verfahren 4:
  • Dies ist ein Verfahren zur Einstellung des pH-Wertes der Ausgangslösung durch Zirkulierenlassen eines Teils der Reaktionsproduktlösung. Bei diesem Verfahren wird die Tatsache ausgenutzt, daß ein α-Hydroxycarbonsäureamid wie α-Hydroxyisobutyramid als Reaktionsprodukt schwach alkalisch ist. Deshalb kann der pH-Wert der Ausgangslösung, die einer katalytischen Schicht zugeführt werden soll, nach dem Verfahren erhöht werden. Als Folge davon kann der pH-Wert der Ausgangslösung in einem Bereich gehalten werden, in dem das erfindungsgemäße Verfahren wirksam fortschreitet.
  • Wenn die Reaktion durchgeführt wird unter Verwendung der Ausgangslösung, in der ein Teil der Reaktionsproduktlösung im Kreislauf geführt wird, nimmt die Umwandlung des Cyanohydrins geringfügig ab, verglichen mit der Verwendung der anderen Ausgangslösung unter den gleichen Reaktionsbedingungen, so daß die Ausbeute an α-Hydroxycarbonsäureamid wie α-Hydroxyisobutyramid in einem Durchgang geringfügig abnimmt. Der pH-Wert der Ausgangslösung wird jedoch automatisch in einem geeigneten Bereich gehalten, so daß eine hohe Selektivität für das α-Hydroxycarbonsäureamid wie α- Hydroxyisobutyramid aufrechterhalten werden kann. Außerdem werden dadurch die Vorteile erzielt, daß die Reaktionstemperatur leicht kontrolliert (gesteuert) werden kann wegen der Unterdrückung des Temperaturanstiegs als Folge der Wärme der Hydratationsreaktion. Deshalb bietet das Verfahren (4) bei der praktischen Verwendung bemerkenswerte Vorteile.
  • Die Menge der in dem Verfahren zirkulierenden Reaktionsproduktlösung beträgt das 0,1- bis 100-fache, vorzugsweise das 0,5- bis 10-fache, der Menge an Ausgangslösung, die aus Cyanohydrin und vorgegebenen Mengen an Wasser und Keton wie Aceton besteht.
  • Die obengenannten vier Verfahren zur Einstellung des pH- Wertes der Ausgangslösung können einzeln oder in Form einer Kombination von zwei oder mehr derselben angewendet werden, und die Verfahren, die erfindungsgemäß angewendet werden können, sind darauf nicht beschränkt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird wirksam durchgeführt in einem pH-Bereich von 4 bis 8 für die Ausgangslösung. Wenn der pH-Wert der Ausgangslösung weniger als 4 beträgt, kann die Lebensdauer (Gebrauchsdauer) des Katalysators manchmal verkürzt sein. Wenn andererseits der pH-Wert 8 übersteigt, können manchmal die Nachteile auftreten, daß die Stabilität des Cyanohydrins abnimmt und daß die Verfärbungen oder Mengen an Verunreinigungen, wie z.B. Nebenprodukten, ansteigen. In dem erfindungsgemäßen Verfahren unterliegt die Reaktionstemperatur keinen speziellen Beschränkungen, sie sollte jedoch in dem Bereich von 20 bis 100º, vorzugsweise von 40 bis 80ºC liegen. Bei einer Temperatur unterhalb des obengenannten Bereiches wird die Reaktionsgeschwindigkeit niedrig, während bei einer Temperatur oberhalb des obengenannten Bereiches in den meisten Fällen die durch die Zersetzung des Cyanohydrins erzeugten Nebenprodukte in unerwünschter Weise ansteigen.
  • In der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Reaktionsproduktlösung sind zusätzlich zu der gewünschten Verbindung α-Hydroxycarbonsäureamid noch enthalten Cyanohydrin, beispielsweise nicht-umgesetztes Acetoncyanohydrin, Wasser oder Aceton als Lösungsmittel mit einer geringen Menge Aceton und Formamid als Nebenprodukt. Diese Nebenprodukte weisen niedrigere Siedepunkte als α-Hydroxycarbonsäureamid auf, so daß die gewünschte Verbindung α- Hydroxycarbonsäureamid leicht abgetrennt und gewonnen werden kann unter Anwendung eines Verfahrens, bei dem alle Nebenprodukte abdestilliert werden, oder eines Verfahrens, bei dem nach dem Abdestillieren eines Teils der Nebenprodukte eine Kristallisation durchgeführt wird.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können eine hohe Aktivität und eine lange Lebensdauer (Gebrauchsdauer) für den Katalysator erzielt werden bei der Herstellung von α- Hydroxycarbonsäureamid aus Cyanohydrin. Es ist daher von industrieller Bedeutung. Außerdem können durch Einstellung der Wasserstoffionen-Konzentration (pH-Wert) der Ausgangslösung auf einen Wert innerhalb des Bereiches von 4 bis 8 eine deutliche Verlängerung der Katalysatorlebensdauer (-gebrauchsdauer) und eine weitere Verbesserung des Reaktionswirkungsgrades erzielt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend unter Bezugnahme auf Beispiele und Vergleichsbeispiele näher erläutert. Die darin verwendeten Reagentien sind alle, wenn nichts anderes angegeben ist, von spezieller Qualität. Außerdem wird als Wasser entionisiertes Wasser mit einem spezifischen Widersntand von 18 M Ohm x cm verwendet.
  • Vergleichsbeispiel 1 1) Herstellung des Katalysators
  • In 700 g Wasser wurden 55,3 g Kaliumpermanganat gelöst und dann wurden 42,9 g konzentrierte Schwefelsäure portionsweise zugegeben. Danach wurden 16,8 g Methanol bei 20 bis 25ºC langsam zugegeben und die Mischung wurde 3 h lang bei Raumtemperatur gerührt. Die resultierende Aufschlämmung wurde durch Absaugen filtriert und der resultierende Filterkuchen wurde mit 700 g Wasser dreimal gewaschen und dann bei 110ºC über Nacht getrocknet, wobei man 23,8 g schwarz-braunes voluminöses Mangandioxid erhielt.
  • Ein Teil desselben wurde entnommen, in konzentrierter Chlorwasserstoffsäure gelöst und seine Gehalte an Kaliumionen und Manganionen wurden unter Verwendung eines Atomabsorptions-Analysators gemessen, wobei man als Ergebnis erhielt Kalium/Mangan = 0,018 (Atomverhältnis).
  • 2) Reaktion
  • Das in dem obigen Verfahren erhaltene Mangandioxid wurde zerkleinert und auf eine Teilchengröße in dem Bereich entsprechend 10 bis 20 mesh eingestellt. 3,5 g dieses Materials wurden in ein Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 10 mm eingefüllt, an dem ein Mantel befestigt war. In diesen Mantel wurde heißes Wasser (60ºC) eingeleitet.
  • Als Ausgangsmaterial wurde Acetoncyanohydrin mit einer Reinheit von 99,5 % (enthaltend 500 ppm Schwefelsäure) für industrielle Verwendungszwecke nach der Destillation unter einem verminderten Druck von 7,33 mbar (5,5 mm Hg) bei einer Temperatur von 70 bis 76ºC verwendet.
  • Eine Ausgangslösung, die erhalten wurde durch Mischen von 20 g des obengenannten Acetoncyanohydrins, 60 g Wasser und 20 g Aceton, und einen pH-Wert von 4,8 hatte, wurde durch einen rohrförmigen Reaktor mit einer Fließgeschwindigkeit von 5 g/h laufen gelassen. Wenn die Zusammensetzung der Reaktionslösung nach 5 h analysiert wurde unter Anwendung der Hochleistungs-Flüssigchromatographie wurden die folgenden Ergebnisse erhalten: 22,0 Gew.-% α-Hydroxyisobutyramid, 0,4 Gew.-% Acetoncyanohydrin, 21,0 Gew.-% Aceton und 0,7 Gew.-% Formamid. Dies entspricht einer Ausbeute an α-Hydroxycarbonsäureamid von 91 % (bezogen auf das als Ausgangsmaterial verwendete Acetoncyanohydrin).
  • Wenn die Reaktion weiter fortgesetzt wurde und die Zusammensetzung der Reaktionslösung nach einer Woche erneut analysiert wurde, hatte die Ausbeute an α-Hydroxyisobutyramid auf 0,3 % abgenommen.
  • Beispiel 1 1) Herstellung des Katalysators
  • In 70 g Wasser wurden 3,11 g Kaliumsulfat gelöst und dann wurden 2,61 g konzentrierte Schwefelsäure zugegeben. In der resultierenden Lösung wurden 15,9 g pulverförmiges Mangandioxid, wie es im Vergleichsbeispiel 1 hergestellt worden war, suspendiert und die resultierende Suspension wurde unter Erhitzen 3 h lang bei 80ºC gerührt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde durch Absaugen filtriert und der resultierende Filterkuchen wurde dreimal mit 100 g Wasser gewaschen und dann über Nacht bei 110ºC getrocknet, wobei man 13,4 g schwarz-gefärbtes voluminöses Mangandioxid erhielt. Wenn sein Kaliumgehalt und sein Mangangehalt bestimmt wurden, wurde das folgende Ergebnis erhalten: Kalium/Mangan = 0,21 (Atomverhältnis).
  • 2) Reaktion
  • Die Reaktion wurde auf die gleiche Weise wie in dem Vergleichsbeispiel 1 durchgeführt, jedoch mit der Ausnahme, daß 3,5 g des im obigen Abschnitt (1) erhaltenen Mangandioxids verwendet wurden. Die Ergebnisse zeigten, daß die Ausbeuten an α-Hydroxyisobutyramid nach 5 h und nach 1 Woche jeweils 95 % betrugen.
  • Beispiele 2 bis 6
  • Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1, jedoch mit der Ausnahme, daß Kaliumsulfat in Beispiel 1 durch ein anderes Alkalimetallsulfat oder Erdalkalimetallnitrat ersetzt wurde, wurden Katalysatoren hergestellt und die Hydratationsreaktion von Acetoncyanohydrin wurde durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 Ausbeute an α-Hydroxyisobutyramid Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsalz M/Mn* (Atomverhältnis) nach 5h n-ach 1 Woche Beispiel * M repräsentiert das Metall in dem verwendeten Alkalimetall- oder Erdalkalimetallsalz
  • Vergleichsbeispiel 2 1) Herstellung des Katalysators
  • In 250 g Wasser wurden 15,0 g Kaliumpermanganat gelöst und dann wurden 10 g 12 N Chlorwasserstoffsäure bei 55ºC portionsweise zugegeben. Die resultierenden Niederschläge wurden 3 h lang bei 60ºC altern gelassen und dann filtriert, dreimal mit 200 g Wasser gewaschen und über Nacht bei 110ºC getrocknet, wobei man 7,6 g schwarzbraunes voluminöses Mangandioxid erhielt. Dieses Material wies ein Kalium/Mangan-Verhältnis (Atomverhältnis) von 0,04 auf.
  • 2) Reaktion
  • Die Hydratationsreaktion wurde durchgeführt unter Verwendung von 3,6 g des wie vorstehend beschrieben hergestellten Katalysators auf die gleiche Weise wie in dem Vergleichsbeispiel 1. Die Ergebnisse zeigten, daß die Ausbeuten an α-Hydroxyisobutyramid nach 5 h und nach 1 Woche jeweils 88 % bzw. 57 % betrugen.
  • Vergleichsbeispiel 3 1) Herstellung des Katalysators
  • In 120 g Wasser wurden 19,2 g Kaliumpermanganat gelöst zur Herstellung einer Lösung A und dann wurde eine Lösung B hergestellt durch Auflösen von 22,2 g Mangansulfattetra- bis-hexahydrat und 6,7 g Kaliumhydroxid in 30 g Wasser wurden so schnell wie möglich in die obige Lösung A bei 70ºC gegossen. Die resultierenden Niederschläge wurden nach 3-stündigem Rühren bei 70ºC abfiltriert und danach dreimal mit 200 g Wasser gewaschen und dann bei 110ºC über Nacht getrocknet, wobei man 23,8 g braunes voluminöses Mangandioxid erhielt.
  • 2) Reaktion
  • Die Hydratationsreaktion wurde durchgeführt unter Verwendung von 3,5 g des in dem obigen Abschnitt (1) hergestellten Katalysators auf die gleiche Weise wie in dem Vergleichsbeispiel 1 angegeben.
  • Die Ergebnisse zeigten, daß die Ausbeuten an α-Hydroxyisobutyramid nach 5 h und nach einer Woche jeweils 74 % bzw. 41 % betrugen.
  • Beispiel 7 1) Herstellung des Katalysators
  • 10 g des im Vergleichsbeispiel 3 erhaltenen Mangandioxids wurden mit 100 g 1 M Schwefelsäure gemischt und die Mischung wurde 2 Tage lang bei Raumtemepratur gerührt. Die resultierenden Niederschläge wurden abfiltriert und dann gewaschen und getrocknet auf die gleiche Weise wie für das Vergleichsbeispiel 3 beschrieben, wobei man 9,6 g schwarzgefärbtes voluminöses Mangandioxid erhielt. Dieses Material wies ein Kalium/Mangan-Verhältnis (Atomverhältnis) von 0,12 auf.
  • 2) Reaktion
  • Die Hydratationsreaktion wurde auf die gleiche Weise wie in dem Vergleichsbeispiel 3 beschrieben durchgeführt, jedoch mit der Ausnahme, daß 3,5 g des in dem obigen Abschnitt (1) erhaltenen Katalysators verwendet wurden. Die Ergebnisse zeigten, daß die Ausbeuten an α-Hydroxyisobutyramid nach 5 h und nach 1 Woche jeweils 91 % bzw. 89 % betrugen.
  • Beispiel 8 1) Herstellung des Katalysators
  • In eine durch Auflösen von 73,8 g Kaliumpermanganat in 200 ml Wasser hergestellte Lösung wurde schnell eine Mischung von 184 g einer 20 gew.-%igen wäßrigen Mangansulfatlösung und 33 g konzentrierter Schwefelsäure bei 70ºC gegossen. Die resultierenden Niederschläge wurden nach 3-stündigem Rühren bei 90ºC abfiltriert und dann dreimal mit 200 ml Wasser gewaschen und über Nacht bei 110ºC getrocknet, wobei man 21,5 g schwarz-gefärbtes voluminöses Mangandioxid erhielt. Dieses Material wies ein Kalium/Mangan-Verhältnis (Atomverhältnis) von 0,13 auf.
  • 2) Reaktion
  • Die Hydratationsreaktion wurde auf die gleiche Weise wie in dem Vergleichsbeispiel 1 durchgeführt, jedoch mit der Ausnahme, daß 3,3 g des im obigen Abschnitt (1) erhaltenen Katalysators verwendet wurden.
  • Das Ergebnis zeigte, daß die Ausbeuten an α-Hydroxyisobutyramid nach 5 h und nach 1 Woche jeweils 94 % bzw. 93 % betrugen.
  • Beispiel 9 1) Herstellung des Katalysators
  • In 140 g Wasser wurden 12,8 g Natriumpermanganat gelöst und dann wurden 2,5 g konzentrierte Schwefelsäure zugegeben zur Herstellung einer Lösung A. Danach wurde eine durch Auflösen von 22,2 g Mangansulfattetra-bis-hexahydrat in 30 ml Wasser erhaltene Lösung B bei 70ºC in die obengenannte Lösung A gegossen und die resultierende Mischung wurde 3 h lang bei 80ºC gerührt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur und nach dem Filtrieren wurden die resultierenden Niederschläge dreimal mit 200 ml Wasser gewaschen und über Nacht bei 110ºC getrocknet, wobei man 22,5 g schwarz-gefärbtes voluminöses Mangandioxid erhielt. Dieses Material wies ein Natrium/Mangan-Verhältnis (Atomverhältnis) von 0,10 auf.
  • 2) Reaktion
  • Die Hydratationsreaktion wurde auf die gleiche Weise wie in dem Vergleichsbeispiel 1 beschrieben durchgeführt, jedoch mit der Ausnahme, daß 3,5 g des in dem obigen Abschnitt (1) erhaltenen Katalysators verwendet wurden, das Acetoncyanohydrin durch Methylethylketoncyanohydrin ersetzt wurde und das Aceton durch Methylethylketon ersetzt wurde.
  • Die Ergebnisse zeigten, daß die Ausbeuten an 2-Hydroxy-2- methylbutyramid nach 5 h und nach 1 Woche jeweils 85 % bzw. 88 % betrugen.
  • Vergleichsbeispiel 4
  • Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1, jedoch mit der Ausnahme, daß Acetoncyanohydrin für industrille Zwecke ohne Destillation verwendet wurde, wurde der Katalysator hergestellt und die Hydratationsreaktion von Acetoncyanohydrin wurde durchgeführt. Der pH-Wert der Ausgangslösung betrug 2,5.
  • Die Ergebnisse zeigten, daß die Ausbeuten an α-Hydroxyisobutyramid nach 5 h und nach einer Woche jeweils 91 % bzw. 22 % betrugen.
  • Beispiel 10
  • Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1, jedoch mit der Ausnahme, daß nicht-destilliertes Acetoncyanohydrin verwendet wurde, wie in dem Vergleichsbeispiel 4 beschrieben, und ein Teil der Reaktionsproduktlösung in die Ausgangslösung im Kreislauf zurückgeführt wurde, um die Reaktion zu bewirken, wurde der Katalysator hergestellt und die Hydratationsreaktion von Acetoncyanohydrin wurde durchgeführt. Der pH-Wert der dem Reaktor zugeführten Lösung betrug 4,5.
  • Die Ergebnisse zeigten, daß die Ausbeuten an α-Hydroxyisobutyramid nach 5 h und nach einer Woche jeweils 81 % bzw. 78 % betrugen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von α-Hydroxycarbonsäureamid der Formel (I):
worin R¹ für ein Wasserstoffatom oder eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen und R² für eine aliphatische, alicyclische oder aromatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen stehen,
durch eine katalytische Hydratationsreaktion von Cyanohydrin der Formel (II):
worin R¹ und R² die oben angegebenen Bedeutungen haben, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator ein modifiziertes Mangandioxid verwendet wird, das mindestens ein Element, ausgewählt aus den Alkalimetall-Elementen und Erdalkalimetall-Elementen, enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Cyanohydrin Acetoncyanohydrin ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Alkalimetall- Element mindestens ein Element, ausgewählt aus Natrium und Kalium, ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Erdalkalimetall- Element mindestens ein Element, ausgewählt aus Magnesium und Calcium, ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Atomverhältnis des in dem modifizierten Mangandioxid enthaltenen Alkalimetall-Elements und Erdalkalimetall-Elements, bezogen auf das Mangan-Element, 0,05 bis 0,5 beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Wasserstoffionenkonzentration (pH-Wert) einer Cyanohydrin-Ausgangslösung für die Hydratationsreaktion innerhalb des Bereiches von 4 bis 8 liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, worin ein Teil einer Reaktionsproduktlösung in eine Cyanohydrin-Ausgangslösung im Kreislauf zurückgeführt wird zur Durchführung einer Hydratationsreaktion.
DE90100707T 1989-01-19 1990-01-14 Verfahren zur Herstellung von alpha-Hydroxycarbonsäure-Amid. Expired - Lifetime DE69004582T2 (de)

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